【MAX10评测】（四）配置

         一般FPGA属于易失性芯片，类似于RAM，芯片上的数据和程序在掉电后不会保留，上电后程序需要从外部非易失性芯片加载，如EPCS系列芯片，也可以通过FPGA上JTAG接口或者串行接口写入。

 

         ▲而MAX 10系列FPGA的配置则很灵活，因其芯片内嵌配置闪存模块CFM（Configuration Flash Memory），可用于存放程序映象。如上图所示。MAX 10系列FPGA的配置过程在内部进行，首先通过JTAG将配置数据写入到CFM中，然后内部配置过程自动从CFM加载配置数据至MAX 10的配置内存CRAM（Configuration RAM）。

         深入CFM内部，可分为3个扇区：CFM0，CFM1和CFM2。如下表，MAX 10内部配置可分为5种模式，分别对应对2个扇区的不同使用情况：

 

 

         上表中内部配置共有5种模式：

1）  Dual Compressed Image：双压缩映像

2）  Single Uncompressed Image：单未压缩映像

3）  Single Uncompressed Image with Memory Initialization：单未压缩映像带内存初始化数据

4）  Single Compressed Image with Memory Initialization：单压缩映像带内存初始化数据

5）  Single Compressed Image：单压缩映像

         其中第1，2，5种模式，3个CFM扇区都用于存放映像；而第3，4种模式，未使用的扇区，主要是CFM1和CFM2，可配置成用户闪存模块UFM（User Flash Memory）。

         ▼在QuartusII 14.1中，可设置内部配置的模式，以生成对应的映像文件：

l  打开Device and Pin Options à Configuration；

l  Configuration scheme选择Internal Configuration；

l  Configuration mode中选择5种模式中的1种；

 

 

         可以发现，内部配置模式有一种是Dual Compressed Image，即在CFM中可以存放两个压缩映像，也就是说MAX 10 FPGA支持双启动模式Dual Boot。

 

         下面通过实例演示下MAX 10 FPGA的配置：

 

----------------------------------- 单映像配置 -----------------------------------

         QuartusII 14.1默认配置就是Single Uncompressed Image（912Kbits UFM），因此无需另外设置内部配置模式。

         在LED_FLASH工程的基础上修改了下，将LED的功能由闪烁效果改成呼吸灯的效果：▼新建呼吸灯版本，不同的版本可以在源代码相同的情况下选择不同的工程设置。

 

 

▼修改顶层源码：例化了呼吸灯模块BreathLeds；加粗部分代码，根据宏BREATH_EN选择LED的输出

 1 module LED_Flash_all(
 2     input clk,
 3     output LED1,
 4     output LED2,
 5     output LED3,
 6     output LED4,
 7     output LED5
 8     );
 9 
10 …… (此处省略N行代码)
11     
12     // Breath Led    
13     wire bled;
14     BreathLeds breathleds_u(
15       .clk(clk),
16       .rst(1'b0),
17       
18       .led(bled)
19        );        
20 
21 `ifdef BREATH_EN       
22     assign LED1 = bled; 
23     assign LED2 = bled; 
24     assign LED3 = bled; 
25     assign LED4 = bled; 
26     assign LED5 = bled; 
27 `else
28     assign LED1 = dec_cntr ; 
29     assign LED2 = dec_cntr ; 
30     assign LED3 = dec_cntr ; 
31     assign LED4 = dec_cntr ; 
32     assign LED5 = dec_cntr ; 
33 `endif
34 
35 endmodule

 

 

▼只在LED_BREATH版本中加入宏：Settings à Compiler Settings à Verilog HDL Input设置中，添加Verilog HDL macro：BREATH_EN。这种方法的好处就是无需在Verilog HDL源码中定义宏

 

 

         工程编译后默认只生成.sof文件，内部配置所需的.pof文件手动从.sof文件转换得到

▼打开File --> Convert Programming Files…

 

 

▼sof --> pof 转换

         1. Mode 选择为 Internal Configuration

         2.设置Options/Boot info…

         3.输入pof文件名

         4.勾选Create Memory Map File项，.map包含CFM和UFM地址，其中含有通过Option/Boot Info选项而进行的ICB设置。

         5.选择sof文件

         6.点击Generate生成pof文件

 

 

▼按以上步骤生成pof文件完成

 

 

▼通过Programmer下载pof，在Program/Configure勾选CFM扇区，由于当前内部配置模式为Single Uncompressed Image，三个扇区都需要使用

 

 

▼点击Start开始下载

 

 

▼下载完成

 

 

▼演示视频

 

----------------------------------- 双映像配置 -----------------------------------

         工程继续使用LED_FLASH，上篇中新建了LED_BREATH版本，工程中共有两个版本：LED_Flash和LED_BREATH▼

 

        

         ▼制作双配置映像，需要相应地在设置中奖内部配置模式设置Dual Compressed Image

 

 

 

         ▼然后开始编译，但是出现了错误Error (169130): Configuration mode specified as Remote but remote update block is not found in design，是缺少了什么模块

 

 

         查阅相关文档，原来是缺少这货：Altera Dual Boot IP，必须在工程中例化这个IP才能实现双映像配置。由于此IP接口是Avalon-MM的，需要先在Qsys中包装一下▼

 

 

         ▼在IP Catalog中搜索Dual Boot IP，然后点击添加

 

 

         ▼只需配置此IP的时钟，此例中为50MHz

 

 

         ▼将clk和reset连接后，一个基于Dual Boot IP的简单Qsys系统完成了

 

 

         ▼点击Generate HDL…，在弹出对话框中设置后，点击Generate

 

 

         ▼系统生成后，在顶层Verilog代码中例化生成的Qsys系统

1 dualboot dualboot_u(
2     .clk_clk(clk),       //   clk.clk
3     .reset_reset_n(1'b0)  // reset.reset_n
4     );   

 

         ▼成功编译后，可在层次结构中看到dualboot系统模块

 

 

         ▼切换另一个版本，记得内部配置模式也设置成Dual Compressed Image，不同的版本其设置是独立的，然后重新编译；两个版本分别生成两个sof文件：LED_Flash.sof和LED_BREATH.sof。

 

        

         ▼下一步是将两个sof文件装换成单个pof文件；与制作单映像配置方法相同，通过convert programming files生成pof，但有些不同，在Input files to convert需要添加两个sof文件

 

 

         ▼打开Programmer，添加LED_DualBoot.pof文件，在Program/Configure中勾选CFM，点击Start开始下载

 

 

         ▼下载成功

 

 

         ▼在双压缩映像模式中，可以使用BOOT_SEL 管脚来选择配置映像，在MAX 10评估套件中对应拨码开关DIP的第6位：ON状态选择第一个映像；OFF状态选择第二个映像

 

 

 

         ▼演示视频：上电默认加载第一个映像：呼吸灯程序；切换BOOT_SEL管脚状态后，加载了第二个映像：闪烁灯程序